瑞士乳杆菌MB2-1的外多糖LHP1与酪蛋白亚基之间的相互作用机制

《International Dairy Journal》：The interaction mechanism between exopolysaccharide LHP1 of Lactobacillus helveticus MB2-1 and casein subunits

LHP1胞外多糖通过增强αs1-、β-和κ-乳清蛋白复合物的粒子尺寸、zeta电位及三维网络结构稳定性，显著提升发酵乳凝胶的物理化学特性，其作用机制以疏水相互作用和氢键为主，κ-CAS复合物稳定性最优，为功能性食品开发提供理论依据。

　　本研究围绕乳酸菌 *Lactobacillus helveticus* MB2-1（简称 LHP）所分泌的胞外多糖对发酵乳稳定性的影响机制展开，旨在深入解析多糖与酪蛋白亚基之间的相互作用，从而为多糖在食品工业中的应用提供科学依据。酪蛋白是哺乳动物乳中主要的磷酸钙结合蛋白，占乳中总蛋白含量的约 80%。其中，α-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白和γ-酪蛋白共同构成了酪蛋白胶束结构，它们在维持乳中胶束稳定性和乳制品物理性质方面发挥着关键作用。研究发现，不同亚基的酪蛋白具有不同的理化特性，例如 α-酪蛋白具有高度磷酸化结构，包含多个磷酸丝氨酸残基，能够与钙离子结合并存在于胶体复合物中，影响其溶解性；而 β-酪蛋白则含有较多脯氨酸残基，其二级和三级结构更偏向于疏水性，从而增强了其结构稳定性。κ-酪蛋白作为一种糖蛋白，其磷酸化位点较少，对钙离子不敏感，主要作用是维持乳中胶束的稳定性，并保护其他对钙敏感的酪蛋白亚基免受沉淀影响。此外，κ-酪蛋白还含有两个半胱氨酸残基，能够形成二硫键，进一步增强其结构稳定性。

在发酵过程中，乳酸菌（LAB）所分泌的胞外多糖（EPS）能够影响酪蛋白亚基的三维网络结构，从而改善乳制品的风味、粘度、质地和保水能力。然而，目前对于 EPS 与酪蛋白主要亚基（如 α-S1-酪蛋白、β-酪蛋白和 κ-酪蛋白）之间相互作用的具体机制仍不明确。为此，本研究采用从 *L. helveticus* MB2-1 发酵乳中分离出的三种 EPS 分数，其中主要的中性多糖被命名为 LHP1，占总 EPS 含量的 50.21%（按质量体积计算）。LHP1 的化学组成包括总碳水化合物、蛋白质和硫酸盐，分别为 93.74±0.86%、0.43±0.08% 和 0.12±0.03%。其分子量为 5.01 × 10^4 Da，由甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、半乳糖和岩藻糖组成，摩尔比为 1.09 : 1.35 : 3.37 : 4.39 : 1.00。

研究进一步探讨了 LHP1 对 α-S1-酪蛋白、β-酪蛋白和 κ-酪蛋白亚基复合物（α-S1-CAS-LHP1、β-CAS-LHP1、κ-CAS-LHP1）性质的影响，包括粒径、Zeta 电位、结晶度等参数。实验结果显示，LHP1 的添加显著提高了这些复合物的粒径和 Zeta 电位，同时改善了其微观结构。在添加 LHP1 后，α-S1-CAS-LHP1、β-CAS-LHP1 和 κ-CAS-LHP1 复合物的平均粒径分别增加至 492.6 nm、370.6 nm 和 223.4，呈现出更松散、多孔和粗糙的三维蜂窝网络结构。这种结构的变化使得复合物能够结合更多的水分，从而提升了其保水能力，表明 LHP1 在改善酪蛋白复合物稳定性方面具有重要作用。

LHP1 的作用机制主要涉及多种非共价相互作用，包括疏水相互作用、静电相互作用和氢键等。研究发现，LHP1 与酪蛋白亚基之间的相互作用不仅改变了酪蛋白颗粒的分布，还增强了复合物的生物活性，如抗菌性和抗氧化能力。其中，κ-CAS-LHP1 复合物系统的结构稳定性尤为突出，其稳定性主要归因于 κ-CAS 和 LHP1 之间强烈的受体-配体相互作用亲和力，这种亲和力高于 α-S1-CAS-LHP1 和 β-CAS-LHP1 复合物。这一发现为理解多糖如何影响酪蛋白凝胶结构提供了新的视角，并为 LHP1 在发酵乳稳定剂及其他食品领域的应用奠定了理论基础。

本研究通过系统的实验方法，验证了 LHP1 对酪蛋白亚基复合物性质的显著影响。研究团队从多个方面对实验结果进行了深入分析，包括粒径、Zeta 电位、结晶度和微观结构的变化，以及这些变化背后的分子机制。这些结果不仅有助于揭示多糖与酪蛋白之间相互作用的复杂性，也为食品工业中利用多糖改善乳制品稳定性提供了新的思路。此外，研究还强调了 LHP1 在提升发酵乳粘度、保水性和结构稳定性方面的作用，这些特性对于乳制品的口感和品质具有重要意义。

实验过程中使用的材料包括来自内蒙古伊利乳业公司的灭菌牛奶，以及从江苏协同创新中心和南京农业大学食品微生物实验室提供的 *L. helveticus* MB2-1 菌株。此外，α-S1-酪蛋白、β-酪蛋白和 κ-酪蛋白亚基由 Bairdi 生物科技有限公司（北京）提供，其总蛋白含量超过 90%，水分含量低于 10%。实验还涉及 Tris-Gly 缓冲液等化学试剂，用于维持实验体系的稳定性。通过这些材料和方法的系统应用，研究团队能够准确测量并分析 LHP1 对酪蛋白复合物性质的影响。

研究结果表明，LHP1 的添加对酪蛋白复合物的理化性质和结构稳定性具有显著影响。具体而言，LHP1 能够通过增强疏水相互作、静电相互作用和氢键等方式，提高酪蛋白复合物的结构稳定性。这种稳定性提升不仅体现在复合物的粒径和 Zeta 电位上，还表现在其微观结构的变化中。研究发现，LHP1 的添加使酪蛋白复合物从紧密和均匀的结构转变为松散、多孔和粗糙的三维蜂窝网络结构，从而增强了其保水能力。这种结构的改变可能对乳制品的质地和口感产生深远影响，为未来乳制品加工技术的优化提供了理论支持。

此外，研究还揭示了 LHP1 与不同酪蛋白亚基之间的相互作用强度存在差异。例如，κ-CAS-LHP1 复合物表现出更强的结构稳定性和更高的相互作用亲和力，这可能是由于 κ-CAS 与 LHP1 之间具有更紧密的结合能力。这种差异性为不同酪蛋白亚基在乳制品加工中的应用提供了新的方向，同时也为优化多糖与蛋白质的相互作用提供了实验依据。研究团队通过系统的实验设计和数据收集，验证了这些结论，并为未来的相关研究提供了参考。

本研究的成果不仅对理解 LHP1 在发酵乳中的作用机制具有重要意义，也为食品工业中利用 LHP1 改善乳制品稳定性提供了科学证据。随着人们对健康食品需求的增加，具有良好稳定性和功能性特性的乳制品添加剂越来越受到关注。LHP1 作为一种天然多糖，其结构稳定性和功能性特性使其在食品工业中具有广阔的应用前景。研究结果表明，LHP1 可以有效提升酪蛋白复合物的结构稳定性，从而改善乳制品的物理性质，如粘度、质地和保水能力。

未来的研究可以进一步探讨 LHP1 与其他食品添加剂之间的协同作用，以及其在不同乳制品加工条件下的应用效果。此外，研究还可以关注 LHP1 在不同 pH 条件下的稳定性变化，以及其在乳制品加工过程中对微生物群落的影响。这些研究将有助于更全面地理解 LHP1 的功能特性，并为其在食品工业中的高效利用提供理论支持。总之，本研究为 LHP1 在发酵乳稳定剂中的应用提供了科学依据，同时也为食品工业中开发新型功能性食品添加剂提供了参考。